汽车ORVR燃油系统用炭罐设计

刘隆娇 蒋金隆

摘要：碳罐一般装在汽油箱和发动机之间，由于汽油是一种易挥发的液体，在常温下燃油箱经常充满蒸气，燃料蒸发排放控制系统的作用是将蒸气引入燃烧并防止挥发到大气中。这个过程起重要作用的是活性碳罐贮存装置。

关键词：炭罐；活性炭；ORVR燃油系统

1前言

汽车蒸发排放产生的HC约占整车HC排放总量的20%左右。在燃油加注时会产生大量的油蒸汽。为了控制加油排放量，美国早在2000开始要求轿车安装车载油气回收装置（即ORVR系统）。ORVR系统主要控制油蒸汽的走向，避免从加油管通向大气，而通过管路进入炭罐。这就需要炭罐体积大、工作能力高。怎样合理设计炭罐，使之满足整车性能要求，是很重要的问题。

2炭罐吸脱附工作原理

炭罐的工作原理为燃油系统因温度变化等产生油蒸汽，ORVR系统还包括加油时产生的大量蒸汽进入炭罐，被活性炭上面的空隙吸附；当发动机运转，炭罐清洗阀满足开启条件时开启，存储在炭罐内部的油蒸汽在发动机进气歧管内部负压的作用下，进入发动机参与燃烧。

3炭罐结构介绍

炭罐主要由上下盖、本体、滤网、活性炭、积液腔、接口管嘴等部件组成。有的还包括“双向阀”。

4炭罐设计关键点

评价炭罐性能的只要指标是工作能力，指100ml活性炭在规定条件下吸附丁烷的数量，又叫丁烷工作能力，即BWC（Butane WorkingCapacity），单位是g/100ml。

工作能力又跟活性炭材料、炭罐内部结构、装碳量密切相关。

4.1活性炭选择

炭罐性能的主要影响因素是活性炭。活性炭分木基炭、果壳基炭和煤基炭。木基炭的吸附能力强、强度高，价格高；果壳基炭吸附能力强，但强度不高。煤基炭比果壳基炭和木基炭的吸附能力稍弱，但强度较高。

活性炭的性能主要由孔隙结构、孔隙率和孔隙表面积决定。孔隙结构即为活性炭的孔道结构，分为微孔道、中孔道和大孔道。其中微孔道吸附后不易脱附；中孔道对汽油的吸附作用和脱附作用最好；大孔道吸附能力较弱。

表1是果壳活性炭和木基活性炭的对比，从中可以看出：中孔道越多，孔隙率和孔隙表面积越大，则活性炭的吸附能力和脱附能力越强。

ORVR活性炭罐通气阻力要求一般为60L/min时≤2.0kPa，普通果壳基活性炭很难达到要求，因此，ORVR系統用炭罐选用木基柱状炭。

4.2炭罐内部结构设计

炭罐内部结构形式是影响炭罐工作能力和炭罐排放的重要因素。

炭罐的长径比对炭罐的有效吸附率有较大影响，长径比越大，相同流速下脱附气流的流速越大，脱附能力越大，有效吸附率增高。为增大炭罐的长径比，可通过在内部设置隔板进行分区来实现。但长径比不能无限制的增加，因为随着长径比的增加，通气阻力随之升高，因此，需要综合考虑长径比的大小。图1是一组测试数据，可以看出，长径比在3.5之后上升幅度减缓，5.5之后开始下降。因此，3～4.5的长径比是一个合理的范围。

炭罐的容积比对于炭罐也是一个重要的参数。从图2可以得出，一般3：2的容积比能够获得较好的炭罐排放性能。